1 数字式家用电度表的规划思维
近几年数字式家用电度表在我国得到了较快的推广应用，而且有着很大的市场前景。从家用电度表的要求来看，首要包含以下几个方面：（1）精度要高于原模仿电度表2％的目标；（2）本钱不能太高，家用电度表作为一般民用电器，其本钱将直接影响到它的推广应用；（3）可靠性要高。本文依据作者几年来的实践经验，首要介绍选用PIC16C73系列单片机 完结一般家用高精度数字式电度表的根本规划思维。选取PIC16C73系列单片机的首要理由是它含有片内模数转化（A/D）通道，然后能够省去专门的A/D芯片，而且每个输入、输出引脚都能够进行可编程位操作，输出引脚驱动才能强，能够直接推进数码显现器。这样包含其它IC卡数据读取电路、E2PROM等外围电路在内，20A（10A）数字电度表的整体批量出产本钱（1000块）能够操控在较低水平；PIC16C73单片机比较适宜于工业环境作业，与51系列等单片机比较，其抗搅扰才能要强得多；PIC16C73单片机片内还设有软件看门狗，在电度表遭到强搅扰或其它影响程序“走飞”时，看门狗能够及时将单片机复位并从头康复正常作业，然后确保了电度表的高可靠性。完结时单片机A/D通道对电网电压和用户的用电电流进行接连采样，通过单片机CPU 的实时核算、累加，最终求得用户耗电量，并从用户已购买的电量（记录在E2PROM芯片中）中扣除去。选用PIC16C73单片机构成的数字家用电度表的组成框图如图1所示。
因为PIC16C73 单片机 片内A/D通道的精度为八位，其采样差错理论值约为1/（28－1），即其满刻度时的精度约为0.4％，电度表满量程（指电流）作业时是能够确保数字电度表的精度的。
图1 数字电度表组成框图
可是，一般状况下，一般家用电负荷大部分时刻都不或许到达电度表所答应的最大值，假如不采纳专门办法，电度表的差错将显着增大。例如关于20A的电度表，其满负荷值为4.4kW，此刻电度表的差错大约为0.4％左右，能够满意一般电度表2％的要求；若用户用电负荷为100W（此刻作业电流为0.5A 左右），此刻电度表仅由A/D采样差错引起的差错就将达16％左右。因此，为了确保全负荷规模内电度表的精度均能到达目标要求，在规划电路时需采纳按用户用电电流分段办理或其它相似办法，来减小A/D 采样差错，到达进步精度的意图。一起为了确保电度表精度不受运用环境（温度、湿度等）不同的影响，电度表中还需规划自校准电路，实时批改因环境改变带来的电路参数偏移所引起的差错。别的用于实践出产拼装电度表的各种元器材都存在离散性，会形成按原理电路安装的制品电度表在精度等目标方面存在必定的不一致性，为了简化出产进程中的调试工序，在电度表中还专门设有软件在线调试电路，用软件参数调理替代以往的硬件参数调理（如用电位器调理扩大器放很多等），然后极大地进步了制品调试功率和产品合格率。选用上述办法后，制品电度表的实践全程精度优于0.5％（即差错小于0.5％）。
图1中过流、过压操控维护电路的首要效果是在用户负荷过大（即过流）或电网电压过高（瞬时进程，如继续10秒或半分钟等，详细由程序设定）状况下，按软件规划要求操控继电器堵截用户的供电电路，等候必定时刻（如5分钟）后主动供电并再进行监测，若接连2次或3次（详细次数由软件编程决议）呈现过流、过压毛病，电度表不再主动供电，并在数码显现器（正常作业时首要用来显现电量数据）上显现出过流或过压信息。
电度表显现器共有5位数码管，按程序设定（如－2度、－10度）可答应用户恰当借电运用，此刻，数码管显现出特别的符号和数值，正告用户及时购电。显现器显现精度为0.1度，电度表内部累计核算精度选为10－4度，然后将因电网停电带来的影响降到完全能够疏忽的程度（由E2PROM来完结）。
2 中心电路原理
2.1 PIC16C73 单片机
图2 PIC16C73（双列直插式）引脚摆放图
各引脚的详细功用可拜见文献［1］。
2.2 数码管显现器接口电路
PIC16C73 单片机 中设有专门的串行数据发送端口（引脚RC5/SDO）和相应的时钟信号发送端口（引脚RC3/SCK）。这样，显现数据首要能够由这两个端口来完结，电路如图3所示。
图3 数码管显现器接口电路
在图3中，74LS164芯片的复位引脚（MR）与PIC16C73 单片机 的复位引脚MCLR相连，单片机的RC3/SCK引脚用于发生串行口同步时钟信号，RC5/SDO串行数据输出至74LS164芯片串行输入端，经串/并改换后输出并行码，经限流电阻R1～R8送至数码管显现器，5个共阴极数码管接成扫描办法，扫描时刻距离与A/D采样周期相同，为2ms。其阴极L1～L5别离接至单片机RB0~RB4引脚（这些引脚具有直接推进数码管的才能）。发光二极管D首要用作小数点（别的还可用于程序调试）。该电路的特点是充分利用了PIC16C73单片机各引脚可独自编程的功能，功率比较高。
2.3 电网电压取样与处理电路
我国居民家用电网的电压理论值为220V 50Hz，因为各种因素的影响，电网供电电压的动摇规模较大（用电高峰期有时会低于150V）。这样，为了进步电度表的精度，需求对电网电压进行实时采样，以计及电网电压改变对用户耗电功率和电量的影响，其信号取样与处理电路如图4所示。
在图4中，选用精度为千分之五的金属膜电阻RJ1、RJ2为取样电阻，首要起点是进步电度表的电压取样的安稳性和批量出产的产品一致性，减轻调试作业量；电阻R1首要起阻隔效果，电阻R2起安稳效果（也可省去）；运算扩大器（1/2MC1458S）用作跟从器。
图4 电压信号取样与处理电路
2.4 电流取样与处理电路
居民用电负荷反映在电流的巨细上，因此用户用电电流的改变规模比起电网电压动摇来说要大得多，其规模一般从0到满刻度，对用户电流信号进行实时取样与处理的电路如图5所示。
图5 电流信号取样与处理电路
图5中电流取样电阻RJ3选用精度为千分之二的锰铜合金电阻丝，阻值为0.01Ω，考虑到家用电表负荷不大（一般为10A或20A等），选用串联取样办法，电路简略有用。跟从器与图4中的电压取样电路合用一片MC1458S运算扩大器。
2.5 电流换档与通道自校准电路
电流换档与通道自校准电路是所规划的数字电度表中最要害的部分，其原理电路如图6所示。
整个电路规划较奇妙，功率高，十分经济，总共只用了3个芯片，一片LM324和两片模仿开关CD4051。LM324中含有4个运算扩大器，选用±5V供电。U1CD4051的3个通道操控线为KZ1～KZ3，与 单片机 的引脚RB4～RB7相连；U2CD4051的3个通道操控线为KZ4～KZ6，别离与单片机的引脚RC0～RC2相连。
一般，即便电网电压不安稳（如在150~240V），相关于电流来说，其相对改变仍较小（小于50％），因此在电路中不需求对电压取样信号换档扩大处理，电路对电压取样信号的总扩大系数为1。
因为电流取样信号改变规模较大，所以需求进行换档扩大处理。图6中共规划了三个扩大系数为6的级联扩大器A1~A3。如以10A电度表为例，A1扩大输出对应的电流规模是2～10A，A2扩大输出对应的电流规模是0.5～2A，而A3扩大输出对应
图6 电流换档与通道自校准原理电路
的电流规模是0～0.5A。电路中电流、电压信号的采样距离为2ms，即每个50Hz正弦周期采样10次。刚上电时，电流信号通道挑选为最大档位，依据一个正弦周期的采样值（共10个）核算出其采样的有用值，然后按程序设定的档位进行比较确认是否换档（假如采样有用值较小，则需增大放很多，转到下一档）；正常作业时，则依据前一个周期采样得到的有用值来确认向上或向下换档。 单片机 依据档位的不同，以不同核算办法来核算用电量。
考虑到电路中选用的芯片和其它元器材都是相对比较廉价的一般器材，作业中不免有必定的离散性，所以从确保电度表的精度动身，需求对每个通道进行实时的校准。首要发生四个相对比较安稳的基准电压信号（即Vref和Vref1～Vref3），Vref1～Vref3别离送至两片模仿开关芯片U1、U2，而Vref（－2.5V）则送至模仿开关U2输出级求和扩大器（扩大系数为1）。其详细完结办法如下：
A/D线性检测。 单片机 操控模仿开关U2别离挑选第4～6通道（X4～X6），经单片机A/D采样后，便能够实时地把握A/D通道（含输出级扩大器，即A4）的线性状况（如1分钟监测一次），然后完结对实践采样值的批改。
来历；21ic
